ENTREVISTA CON DON LINCOLN

Una introducción muy básica a la física de partículas.

ENTREVISTA CON DON LINCOLN

ANDRÉS LOMEÑA: Es lamentable que aún no podamos disfrutar de sus libros en castellano. ¿Qué obra le gustaría ver en nuestras estanterías?
DON LINCOLN: Me gustaría ver The Large Hadron Collider en español. La comunidad hispánica, tanto la de la península ibérica como la latinoamericana, contribuye enormemente al programa de investigación del LHC. Estaría bien poder contar a esa comunidad su historia.

A.L.: Hay doce partículas elementales (seis quarks y seis leptones), pero además podemos encontrar más de doscientos mesones y bariones. ¿Cuántos tipos de partículas podemos esperar?
D.L.: En principio podría haber miles. Los mesones y los bariones están hechos de quarks. El quark top es tan inestable que no puede ser un componente de una partícula compuesta. Eso nos deja cinco quarks relevantes. Los mesones están hechos de un quark y un antiquark, así que habría unos 25 tipos de mesones (cinco tipos de quarks y cinco tipos de antiquarks). Los bariones consisten en tres quarks. Así que si tomamos todos los tipos de quarks, podría haber 125 tipos de bariones (5x5x5). Sin embargo, estas sólo son las configuraciones más estables de quarks. Si estos pudieran orbitar dentro de los mesones y los bariones, se formarían partículas más pesadas. En resumen, una cantidad creciente de movimiento dentro de los mesones y los bariones podría dar lugar a un número ilimitado de partículas.
No obstante, esto nos desvía de lo esencial. A finales de los años cincuenta, los científicos estaban construyendo el equivalente de las tablas periódicas para los mesones y los bariones. Con la invención del modelo de quarks todo ese glorioso caos empezó a tener sentido. La complejidad no es tan interesante como las ideas subyacentes y simplificadoras.
Un ejemplo más familiar: los átomos están hechos de protones, neutrones y electrones. Hay alrededor de 118 elementos descubiertos, más muchos isótopos (elementos con un número variable de neutrones). El hecho de que haya tantas configuraciones de tres componentes fundamentales en los átomos nos dice algo acerca de las fuerzas que los mantienen unidos, pero no nos dice demasiado sobre las leyes más básicas que gobiernan el universo.

A.L.: En su artículo La vida interior de los quarks sugiere que las partículas portadoras de fuerzas también podrían tener generaciones. Tenemos cinco bosones, de momento. ¿Qué será lo siguiente? ¿El descubrimiento del gravitón?
D.L.: En ese artículo para Scientific American, describo la idea de que los quarks, los leptones y las partículas portadoras de fuerzas están hechas de ladrillos aún más pequeños, algunas veces llamados preones. Es muy importante tener claro que no sabemos si esta idea es cierta, así que tus lectores no deberían creérsela. Sin embargo, si es verdadera (una conjetura que sólo puede demostrarse mediante la experimentación), debería haber bosones más pesados. Mis colegas y yo estamos buscando compañeros más pesados para los bosones W y Z (bosones con nombres faltos de imaginación, W´ y Z´). A pesar de nuestros esfuerzos, no hay evidencia de la existencia de esas partículas especulativas.
El gravitón es la partícula hipotética que causa la gravedad. No se ha descubierto aún y es improbable que lo encontremos. La razón es que la gravedad es increíblemente débil comparada con otras fuerzas. La única razón de que la gravedad parezca tan fuerte es que puede combinar los efectos gravitacionales de las partículas de un planeta entero. La fuerza gravitacional entre pares de partículas subatómicas es de alrededor de 10 elevado a -40 veces la fuerza electromagnética. Dada esa gran disparidad, estudiar la gravedad en el reino cuántico es muy difícil.
Hay un problema con esta explicación. Existe la posibilidad de que la debilidad observada de la gravedad sea errónea y que la gravedad en realidad sea tan fuerte como las otras fuerzas conocidas. La gravedad parece débil porque habría dimensiones extra en el espacio y los campos gravitacionales se filtrarían en las dimensiones extras. Esto es simplemente otra idea especulativa no demostrada y nadie debería tomársela en serio. Sin embargo, el hecho de que no sepamos por qué la gravedad es tan débil nos lleva a explorar esas ideas. Echa un vistazo a este vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=5UDUNqwWuNs
Si las dimensiones extras existen (y no hay evidencia de que así sea), será posible ver los gravitones. Esta idea tiene un largo camino por recorrer antes de que nadie empiece a creérsela.

A.L.: ¿Qué hay de los taquiones? Según leí en un libro de Lisa Randall, son un simple error dentro de un sistema.
D.L.: Lisa lleva razón. Los taquiones son partículas hipotéticas que superan la velocidad de la luz y la evidencia empírica de que existan es cero.

A.L.: Usted intenta dar con partículas como los quarks que no sean de tamaño cero. Personalmente, me cuesta comprender cómo puede haber partículas sin masa y que no se puedan dividir en dos partes. Por tanto, la intuición me dice que los preones de los que ha hablado deberían existir, aunque eso tampoco resolvería el problema. Los quarks me recuerdan a las mónadas de Leibniz. ¿Cree de veras en los preones?
D.L.: Soy un entusiasta de la idea de que los quarks y los leptones tengan constituyentes más pequeños, pero debes saber que esto es simplemente una cuestión intuitiva. Las mediciones hasta el momento no muestran evidencia de que la estructura de quarks y leptones tengan subestructuras y deberíamos haberlas visto si los quarks y los leptones tuvieran un tamaño mayor que 1/10,000 veces el de un protón. Así que si los preones existen, los quarks y los leptones deben de tener un tamaño más pequeño que ese.
Es muy importante advertir aquí que el hecho de que mi intuición me diga que es una buena idea, no significa que me la crea. Un buen científico no cree en lo que piensa hasta que no consigue confirmar la idea.

A.L.: Los preones y las supercuerdas podrían ser compatibles entre ellas. De este modo, las vibraciones de las cuerdas podrían crear preones. Me pregunto si la existencia de preones modifica o cambia otras especulaciones como la supersimetría e incluso la materia oscura.
D.L.: Así es. De acuerdo con algunas teorías, los quarks podrían estar hechos de cuerdas. Por otro lado, los quarks podrían estar hechos de preones que a su vez están hechos de cuerdas. O los quarks podrían estar hechos de preones, que están hechos de pre-preones, que están hechos de cuerdas. Puede ser que haya muchos niveles de materia entre los quarks y las supercuerdas. O puede que la idea completa de las supercuerdas sea simplemente un sinsentido.
La existencia de preones es independiente de la supersimetría, aunque si las supercuerdas existen, entonces la supersimetría existe. El “super” de supercuerdas es una contracción de “cuerdas supersimétricas”. Del mismo modo, los preones (si existen) no tienen un impacto relevante sobre la materia oscura, excepto si los preones también constituyen la materia oscura. Ninguna especulación sobre el papel de la materia oscura en la extinción de los dinosaurios debería tomarse en serio. Es decir, no es imposible, pero uno debería poner esa conjetura en la categoría de extremadamente especulativa.

A.L.: ¿La energía oscura es lo mismo que la energía de vacío? ¿Es posible que la energía oscura esconda partículas de algún tipo?
D.L: Nadie sabe realmente qué es la energía oscura. Está relacionada con la energía de vacío, pero esa energía parece ser 10 elevado a 120 veces más grande que la energía oscura. Nadie entiende esa discrepancia y las personas están mirando a los cielos para comprender la energía oscura. Quizás lo descubramos en un par de años, pero es mucho más probable que siga siendo un misterio durante mucho más tiempo.

A.L.: Muchísimas gracias por sus respuestas.
D.L.: La física moderna es un matrimonio entre teoría y experimentación. La especulación teórica tiene su lugar y puede ayudar a que cobren sentido algunos fenómenos aparentemente sin ninguna relación. Pero hay que recordar que la física es una empresa inherentemente empírica. Los experimentos hechos en el LHC y en el Fermilab sobre la materia oscura o sobre la energía oscura nos contarán las leyes que gobiernan el universo. El camino es largo y pasarán décadas, probablemente siglos y quizás milenios antes de que los secretos del universo puedan ser desvelados. Dado que la meta es muy lejana, la clave para la felicidad científica es caminar y disfrutar el viaje.

16 de abril de 2015
Andrés Lomeña